Projekt Trockenheit in Sachsen
Erarbeitung eines umsetzungsfähigen Konzeptes zur Erfassung/Abschätzung und Darstellung von Trockenheitsmerkmalen unter sich ändernden Klimabedingungen
Finanziert im Rahmen eines F&E Projektes des LFULG (Az.: 1-0452/147/221)
Laufzeit: September 2018 - Sept 2019
Deutschland war 2018 von einer ausgeprägten Hitze und Trockenheit betroffen, die sowohl von den meteorologischen Randbedingungen als auch von den Auswirkungen auf viele Bereiche des Lebens extrem war. Für Sachsen war es das wärmste und zweittrockenste Jahr seit 1881. Signifikant häufen sich die zu warmen Jahre in den letzten 2 Dekaden, wobei die Jahresniederschläge unverändert bleiben. Der Klimawandel bewirkt durch den Anstieg der Temperatur eine Erhöhung der Potentiellen Verdunstung und damit des atmosphärischen Wasserdampfgehaltes. Damit gehen zeitliche und räumliche Veränderungen des Niederschlags-, Verdunstungs- und somit des Feuchtigkeitsregimes einher. Die Jahresniederschlagssummen steigen in Sachsen, jedoch fällt die Vegetationsperiode I (AMJ) deutlich trockener aus als in der Vergangenheit und die Vegetationsperiode II (JAS) feuchter. In der Vegetationsperiode II nahm jedoch auch die Häufigkeit und Intensität von Starkniederschlägen zu, so dass sich die Niederschlagszunahme tendenziell als eine Folge von trockenen Perioden manifestiert, die von starken Niederschlagsereignissen unterbrochen wird. Diese haben, da die Infiltrationsfähigkeit des Bodens gegebenenfalls nicht ausreicht, ein erhöhtes Potential für Erosion, wildabfließendes Wasser, für eine verminderte Wiederauffeuchtung des Bodens etc.
Die Klimaprojektionen für Sachsen weisen auf ansteigende Temperaturen, trockenere Sommer und feuchter Winter und somit auf eine sommerliche Verschärfung der Trockenheits-problematik hin.
Trockenperioden sind ein natürlicher Bestandteil eines jeden Klimas, da sie eine Abweichung im Feuchtigkeitsregime gegenüber den Normalbedingungen darstellen und somit Teil der natürlichen Klimavariabilität sind. So gab es in-Sachsen sehr intensive und langanhaltende Trockenperioden mit enormen Auswirkungen auf viele sozio-ökonomische und ökologische Bereiche (z. B. 1964, 1976, 1982, 1988-1993, 2003). Interessant ist die Frage, ob sich die Trockenheitsbedingungen im Rahmen des Klimawandels in Sachsen verändert haben bzw. wie die Aussichten für die nächsten Jahrzehnte sind. Die Häufung von Hitze- und Feuchtigkeitsstress sowie Stürmen in den letzten Jahren hat enorme Auswirkungen auf Land-, Forst- und Wasserwirtschaft sowie weitere Bereiche. Zur Planung und Koordinierung von Anpassungsmaßnahmen ist eine detaillierte Kenntnis der klimatischen Randbedingungen und deren Veränderungen unabdingbar.
Schwerpunkt dieses Projektes ist die Analyse der atmosphärischen Bedingungen, welche eine Ausbildung von Trockenheitssituationen begünstigen und eine Art „Türöffner“ für landwirtschaftliche, hydrologische oder sozio-ökonomische Dürre darstellen. Für Aussagen zu bisherigen und zukünftig möglichen Änderungen im Auftreten von Trockenheitssituationen in Sachsen werden geeignete Trockenheitsmerkmale (gegebenenfalls Kombinationen) identifiziert bzw. erarbeitet. Die Basis hierbei bilden Atmosphärenparameter, deren Verfügbarkeit sowohl in langfristigen Beobachtungen als auch in langfristigen Klimaprojektionen (Zeitraum 1961 bis 2100) gegeben ist.
Zur Validierung der Trockenheitsmerkmale werden zum einen Impaktdaten (Forst, Landwirtschaft, Hydrologie) und zum anderen weitere Trockenheitsindikatoren (Bodenfeuchte- und Vegetationsindizes) genutzt.
Letztendliches Ziel des Projektes ist die Erstellung eines umsetzungsfähigen Konzeptes zur Analyse von Trockenheitsmerkmalen in Sachsen, dessen Anwendung auf einer dann neuen klimatologischen Datengrundlage (bis 2020) vorgesehen ist. Dies stellt einen Beitrag zur weiteren Entwicklung bzw. Fortschreibung von Anpassungsstrategien im Klimafolgenbereich bei. Darüber hinaus sollen die Ergebnisse für eine stärkere Sensibilisierung der breiten Öffentlichkeit für das Thema „Trockenheit“ genutzt werden.
AP 1: Auswertung von Ergebnissen des UFZ-Dürre-Monitors
Der Bodenfeuchteindex SMI wird im Rahmen des Deutschen Dürremonitors berechnet. Basierend auf den aktuellen Klimadaten des DWD simuliert das hydrologische Modell mHM (SAMANIEGO ET AL. 2010) Bodenfeuchtefelder in drei Schichten des Bodens. Der SMI stellt ein standardisiertes Maß der Bodenfeuchte dar. Er wird in vier Klassen eingeteilt, die verschiedene Stufen von Trockenheit mit moderaten Auswirkungen auf die Vegetation (SMI < 0.2) bis zur hohen Wahrscheinlichkeit des Verlustes von Kulturpflanzen und hoher Waldbrandgefahr (SMI < 0.02) definieren. Eine weitere Stufe dient der Vorwarnung.
Die fünf Trockenklassen des SMI werden hinsichtlich ihrer zeitlichen Entwicklung im Oberboden (bis 25 cm Tiefe) und in der gesamten Bodenschicht (bis ca. 1,8 m Tiefe) für den Zeitraum 1951 bis 2017 analysiert.
AP 2: Untersuchungen zur Kombination atmosphärischer Trockenheitsmerkmale unter Einbeziehung von unabhängigen Plausibilisierungs-/Verifizierungsdaten
Zur Identifikation von Trockenheitsphasen werden folgende Indizes verwendet: der Standardized Precipitation Index SPI, der Standardized Precipitation-Evapotranspiration Index SPEI und der Reconnaissance Drought Indicator RDI.
Die Untersuchungen erfolgen stationsbasiert für einige repräsentative DWD-Messstationen. Die Bewertung von Trockenheitsbedingungen erfolgt auf unterschiedlichen Zeitskalen (3 | 6 | 12 | 24 Monate), um verschiedene Dürre/Trockenheitstypen anzusprechen (meteorlogische, land- und forstwirtschaftliche, hydrologischen und Grundwasserdürre).
Untersuchungen haben gezeigt, dass SPI, SPEI und RDI nicht gleichermaßen plausible Ergebnisse für Regionen liefern. Eine Kombination der Indizes kann plausiblere Ergebnisse liefern. Für die Zeitskalen 3 | 6 | 12 | 24 Monate werden geeignete Ansätze erarbeitet und getestet.
Eine unabhängige Plausibilisierung/Verifizierung der Ergebnisse wird mittels
- Fernerkundungsdaten in Form des Normalized Difference Vegetation Index NDVI und
- der Bodenfeuchte in Form des Bodenfeuchteindex SMI (Zeitskalen: 3 | 6 | 12 Monate) durchgeführt.
AP 3: Erarbeitung eines umsetzungsfähigen Konzeptes zur Erfassung/Abschätzung und Darstellung von Trockenheitsmerkmalen für sich ändernde Klimabedingungen
Ziel zukünftiger Arbeiten ist es, die zeitliche Entwicklung von Trockenheitsmerkmalen unter sich ändernde Klimabedingungen zu erfassen und abzuschätzen. Um regionale Unterschiede deutlicher zu identifizieren, sollte der stationsbasierte Ansatz auf das sächsische Raster (1x1 km) angewendet werden. Datengrundlage für die Vergangenheit sollte ein auf Konsistenz und Plausibilität geprüfter und lückengefüllter Datensatz sein, wie zum Beispiel der sächsische Klimareferenzdatensatz. Um das zukünftige Klima zu analysieren, bieten sich die aktuellen, Deutschland weiten Klimaprojektionen der Projekte EURO-CORDEX und ReKliEs-De sowie der auf Sachsen zugeschnittene WMSax2.0-Datensatz an. Das Konzept sollte das für die Vergangenheit und die Zukunft verfügbare Elementspektrum berücksichtigen, also auf Indizes beruhen, die sich aus dem vorhandenen Elementspektrum berechnen lassen. Die Trockenheitsmerkmale werden hinsichtlich Auftretenshäufigkeit, Andauer und Ausmaß analysiert. Die bisher erarbeiteten Erkenntnisse aus den Vorgängerprojekten werden hierbei berücksichtigt.
Zur Darstellung der Projektergebnisse und – ganz allgemein – der Thematik „Trockenheit“ bietet sich die Plattform ReKIS (www.rekis.org) an, da hier klimarelevante Daten und Informationen für Mitteldeutschland gebündelt zur Verfügung gestellt werden. Um die breite Öffentlichkeit weiter und tiefgründiger für das Thema „Trockenheit“ zu sensibilisieren, wird eine geeignete Form zur Kommunikation der Thematik entworfen.
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